高硬度涂层球面精密智能磨削加工关键问题的理论和实验研究

研究高硬度涂层球面精密智能磨削加工的关键理论和技术问题：1）高硬度涂层球面精密高效磨削工艺基础理论和实验研究。2）针对球面磨削工艺特点，提出一种混合磨削工艺参数动态优化技术，兼顾磨削效率和磨削精度的要求，并结合磨削异常诊断自调整模糊控制规则以自动避免磨削缺陷。3）研究一种新的精密球面磨削中球度在位测量技术，提高球度测量效率，减少测量成本。4）基于球面磨削工艺，提出并研究一种球面磨削尺寸误差和形状误差的综合实时补偿技术，其意义是有助于提高大型球面的加工精度尤其是形状精度。5）研究一种新的基于HHT和小波包分解的组合能量百分比特征提取方法，对球面磨削中砂轮磨损状态进行间接识别。本课题提出的混合智能磨削技术将球面磨削工艺理论和加工、测量、补偿、诊断、工艺参数动态优化相融合，并在自主开发的高精度球面磨床展开实验研究，对提升球面磨削技术水平，推动智能磨削技术的发展具有积极意义。

高硬度球面精密磨削技术是煤化工、石油化工、光伏发电等国家重大能源工程中流体、气体控制装置关键阀门零部件的核心制造技术。为了满足耐高温、耐高压、耐磨损、耐腐蚀的严酷要求，球体表面往往喷涂一层高硬合金材料，球面硬度高达HRC70以上，同时流体控制装置对泄漏的严格标准使得高硬球体磨削的形状精度和表面粗糙度要求很高，必须达到零泄漏硬密封要求。这种高硬度、高精度、低粗糙度大球面的加工技术已成为行业中的技术难点，开展高硬度涂层球面精密智能磨削加工的关键理论和技术问题的研究，对于完善特种球面的磨削加工理论、提高球面磨削的自动化和智能化水平，具有重要的理论和工程应用价值。. 课题以自主开发的试验样机为研究平台，分层次开展了如下研究工作：1）高硬度涂层球面精密高效磨削工艺基础理论问题的研究，内容包括高硬球面磨削中磨削力、球面磨削表面纹理及其与表面质量的关系、球面磨削表面粗糙度的物理仿真、球面磨削砂轮磨损、高硬度涂层磨削温度场的理论和试验研究、球面磨削表面划伤、烧伤、裂纹、表面残余应力等表面损伤的研究、高硬涂层球面磨削特有工艺现象的分析等工作，研究成果完善和丰富了高硬度球面精密磨削的工艺基础理论；2）开展了精密球面磨削工艺参数的静态优化和动态优化技术研究，包括球面磨削工艺参数的静态优化、球面磨削过程监测与诊断、工艺参数的动态优化与智能控制，提升了球面磨削的效率和智能化水平。3）开展了球面精密加工中球度在位测量方法和测量装置的研究，提高了球度测量效率，减少测量成本；4）开展了高硬度涂层球面加工的误差分析和补偿研究，包括误差源的分类和分析、基于变进给球面磨削的误差补偿，提高了大球面的加工精度尤其是形状精度。通过上述研究，探索和总结了综合考虑磨削加工、测量、补偿、诊断、工艺参数动静态优化的智能化磨削加工技术和方法，为保证球体形面加工精度、提高高硬度球面涂层材料去除率提供了理论和应用基础，丰富了球面磨削理论，提升了球面磨削的技术水平。